DE2906393C2

DE2906393C2 -

Info

Publication number: DE2906393C2
Application number: DE19792906393
Authority: DE
Inventors: Bert Johansson; Jan Finspaang Se Wikner
Original assignee: Asea Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1991-02-28
Also published as: CH634633A5; GB2017219A; SE7802285L; GB2017219B; SE410641B; DE2906393A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Nebenschluß schaltung einer Brennkammer in einer Gasturbinenanlage. Eine solche Ventilanordnung ist bekannt aus der DE-OS 23 33 087.The invention relates to a valve arrangement for shunting switching a combustion chamber in a gas turbine system. A such valve arrangement is known from DE-OS 23 33 087.

Bei einem Schnellstop oder einer Schnellentlastung einer Gasturbine infolge eines Lastabfalls oder eines Defekts ist es üblich, die Brennstoffzufuhr einfach abzustellen. In jüngster Zeit ist jedoch vorgeschlagen worden, Wirbelbett brennkammern für Gasturbinen zu verwenden, wobei ein Schnellstop nicht allein durch die Unterbrechung der Brenn stoffzufuhr erreicht werden kann. Dies beruht auf dem großen Energieinhalt des Wirbelbettes einerseits infolge des großen Volumens an heißen Druckgasen und andererseits infolge des großen Wärmeinhalts des Bettmaterials und eventuell nicht verbrannten Brennstoffs.With a quick stop or a quick relief one Gas turbine due to a load drop or a defect it is common to simply shut off the fuel supply. In However, recently, fluidized bed has been suggested to use combustion chambers for gas turbines, one Quick stop not only by interrupting the burning can be achieved. This is due to the big one Energy content of the fluidized bed on the one hand due to the large Volume of hot compressed gases and on the other hand due to the great heat content of the bed material and possibly not burned fuel.

Aus der DE-OS 23 33 087 ist eine Gasturbinenanlage mit einer Wirbelbettbrennkammer bekannt, bei der das Verbindungsstück zwischen Gasturbine und Brennkammer aus einem Rohrabschnitt besteht, der aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut ist, von denen das innere Rohr die Heißgasleitung für das von der Brennkammer zur Turbine strömende Heißgas bildet und der ringförmige Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr die Druckluftleitung für die vom Kompressor zur Brennkammer strömende Druckluft bildet. Innerhalb der Brennkammeranlage ist eine mit einem Absperrventil versehene Rohrverbindung vorhanden, welche die Heißgasleitung zur Turbine mit einem vom Kompressor gespeisten Raum verbindet. Durch Öffnung des Ventils in dieser Kurzschlußleitung kann beim Notwendigwer den eines Schnellstops die vom Kompressor gelieferte Luft direkt zur Turbine umgeleitet werden. Das Ventil in dieser Kurzschlußleitung liegt außerhalb der Brennkammeranlage bzw. des Rohrleitungssystems zwischen Brennkammeranlage und Gasturbine.From DE-OS 23 33 087 is a gas turbine system with a Fluidized bed combustion chamber known in which the connector between gas turbine and combustion chamber from a pipe section consists of two concentric tubes, of which the inner pipe is the hot gas pipe for the one of the Combustion chamber forms hot gas flowing to the turbine and the annular space between the outer and inner tubes the compressed air line for the from the compressor to the combustion chamber flowing compressed air forms. Inside the combustion chamber system is a pipe connection with a shut-off valve available, which the hot gas line to the turbine with a connects the room fed by the compressor. By opening the Valve in this short circuit line may be necessary that of a quick stop the air supplied by the compressor be redirected directly to the turbine. The valve in this Short-circuit line is outside the combustion chamber system or of the piping system between the combustion chamber system and Gas turbine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanord nung für eine Gasturbinenanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, welche Ventilanordnung raumsparend und ein fach gestaltet ist und im Bereich großer Temperaturdifferen zen zwischen der Heißgasleitung und der Druckluftleitung der Anlage zuverlässig arbeitet.The invention has for its object a valve assembly tion for a gas turbine plant of the type mentioned to develop which valve arrangement is space-saving and a is designed and in the range of large temperature differences zen between the hot gas line and the compressed air line of the Plant works reliably.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfin dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge nannten Merkmale hat.To solve this problem, a valve arrangement according to proposed the preamble of claim 1, the inventions appropriately ge in the characterizing part of claim 1 features mentioned.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei teren Ansprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are in the white called further claims.

Durch die Ventilanordnung nach der Erfindung wird die Ener gieströmung von der Brennkammer gesperrt, und die Gasturbine wird durch die kalte Druckluft vom Kompressor schnell abge kühlt, während die Kompressorbelastung gleichzeitig ein schnelles Bremsen der Gasturbine bewirkt. Dankt der kom struktiven Gestaltung der Ventilanordnung gemäß der Erfin dung ist die radiale Ausdehnung der gesamten Ventilanordnung über den Außendurchmesser der konzentrischen Doppelrohrlei tung hinaus relativ klein.By the valve arrangement according to the invention the Ener The flow of gas from the combustion chamber is blocked, and the gas turbine is quickly removed from the compressor by the cold compressed air cools down while the compressor load is simultaneously cooling causes the gas turbine to brake quickly. Thanks the com structural design of the valve arrangement according to the inven is the radial expansion of the entire valve arrangement over the outer diameter of the concentric double tube relatively small.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigenUsing the exemplary embodiments shown in the figures the invention will be explained in more detail. Show it

Fig. 1 das Grundprinzip einer Gasturbine, bei der die Ven tilanordnung nach der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 1 the basic principle of a gas turbine, wherein the Ven tilanordnung can be used according to the invention,

Fig. 2 das Prinzip einer Ventilanordnung gemäß der Erfin dung, Figure 2 shows the principle dung. Of a valve assembly according to the OF INVENTION,

Fig. 3 und 4 zwei verschiedene konstruktive Gestaltungen der Ventilanordnung gemäß der Erfindung. FIGS. 3 and 4 two different constructive configurations of the valve assembly according to the invention.

Fig. 4a einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4. Fig. 4a shows a section along the line AA in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage mit einem Kompressor 1, einer Gasturbine 2 und zwei Brennkammern 3. Die Druckluft wird vom Kompressor zu je einem jede Brennkammer umgebenden Mantel 4 geleitet, und zwar durch ein als Druckluftleitung ausgebildetes äußeres Rohr 5, das ein als Heißgasleitung ausgebildetes inneres Rohr 6 umgibt, welches die heißen Gase von der Brennkammer zur Turbine leitet. Fig. 1 shows a gas turbine plant comprising a compressor 1, a gas turbine 2 and two combustion chambers 3. The compressed air is conducted from the compressor to a jacket 4 surrounding each combustion chamber, specifically through an outer tube 5 designed as a compressed air line, which surrounds an inner tube 6 designed as a hot gas line, which conducts the hot gases from the combustion chamber to the turbine.

Wie eingangs erwähnt, muß bei der Anwendung einer Wirbel bettbrennkammer die Möglichkeit bestehen, diese bei Störun gen, wie beispielsweise einem Lastausfall oder einem Defekt, vollkommen von der Anlage zu trennen. Gleichzeitig muß die Druckluft vom Kompressor direkt zur Gasturbine geleitet wer den, einerseits damit der Kompressor nicht gebremst wird und andererseits, um die Turbine zu kühlen. Das Prinzip zur Er füllung dieser Forderungen geht aus Fig. 2 hervor, wo die Absperrventile 7 und 8 in die Druckluftleitung 5 beziehungs weise Heißgasleitung 6 eingesetzt sind, und das Nebenschluß ventil 9 zwischen den beiden Leitungen 5 und 6 angeordnet ist.As mentioned at the beginning, when using a fluidized bed combustion chamber, it must be possible to completely separate it from the system in the event of malfunctions, such as a load failure or a defect. At the same time, the compressed air from the compressor must be passed directly to the gas turbine, on the one hand so that the compressor is not braked and on the other hand to cool the turbine. The principle of filling these requirements is shown in FIG. 2, where the shut-off valves 7 and 8 are inserted into the compressed air line 5, as the hot gas line 6 , and the shunt valve 9 is arranged between the two lines 5 and 6 .

Als Bedienung für diese Ventile gilt, daß die Ventile 7 und 8 nicht geschlossen werden dürfen, bevor das Nebenschlußven til 9 geöffnet worden ist, damit ein heftiges Bremsen des Luftstromes (Pumpen des Verdichters) vermieden wird. Um dies sicherzustellen, werden die Betätigungsorgane für die Ven tile zweckmäßigerweise so koordiniert, daß das Ventil 9 öff net, bevor man beginnt, die Ventile 7 und 8 zu schließen.As operation for these valves is that the valves 7 and 8 must not be closed before the auxiliary valve 9 has been opened, so that a violent braking of the air flow (pumping the compressor) is avoided. To ensure this, the actuators for the Ven tile are appropriately coordinated so that the valve 9 öff net before you start to close the valves 7 and 8 .

Ferner muß die Brennkammer nach dem Abstellen entlastet wer den können, was mittels eines besonderen Ventils 10, ein sog. Dumperventil, geschehen kann, das eine Verbindung zum Schornstein oder zur Abgasleitung der Anlage herstellt. Bei einem Defekt ist dies die einzige Möglichkeit. Handelt es sich dagegen nur um einen Lastausfall, so kann die Brennkam mer langsam auf die Turbine entlastet werden, wenn nur die Luft- und Brennstoffzufuhr gesperrt ist. Hierbei kann man den Umstand ausnutzen, daß es bei den vorliegenden Abmessun gen und Temperaturen auf jeden Fall schwierig ist, die Ven tile 7 und 8 ganz dicht zu machen, ohn daß dabei die Gefahr besteht, daß sie in geschlossener Lage festklemmen. Man stellt diese Ventile daher mit einem gewissen Spiel her und sorgt dafür, daß das Ventil 8 stets ein größeres Spiel als das Ventil 7 hat. Hierdurch wir die Brennkammer langsam über das Ventil 8 entlastet, während die Luftzufuhr über das Ven til 7 vernachlässigbar klein wird.Furthermore, the combustion chamber must be relieved after switching off who can, what can happen by means of a special valve 10 , a so-called. Dumper valve, which connects to the chimney or to the exhaust pipe of the system. In the event of a defect, this is the only option. If, on the other hand, it is only a load failure, the combustion chamber can be slowly relieved of the load on the turbine if only the air and fuel supply is blocked. Here you can take advantage of the fact that it is in the present dimensions and temperatures in any case difficult to make the Ven tile 7 and 8 completely sealed, without the risk that they jam in the closed position. These valves are therefore manufactured with a certain amount of play and it is ensured that the valve 8 always has a larger play than the valve 7 . This slowly unloads the combustion chamber via the valve 8 , while the air supply via the valve 7 becomes negligibly small.

Die konstruktive Ausbildung der Ventilkombination nach der Erfindung geht aus Fig. 3 hervor, wo die Ventile in einem Gehäuse 11 an einer Abwinkelung der Koaxialleitung 5, 6 an gebracht sind.The structural design of the valve combination according to the invention can be seen from Fig. 3, where the valves in a housing 11 at an angle of the coaxial line 5 , 6 are brought.

Die Ventile 7 und 8 sind vorzugsweise als doppelte Klappen ventile ausgebildet, und wie aus Fig. 3 hervorgeht, ver läuft die innere Heißgasleitung 6 in einer ununterbrochenen Biegung, während die Druckluftleitung 5 unterbrochen wird, so daß das Ventil 7 frei im Gehäuse 11 mündet.The valves 7 and 8 are preferably designed as double flap valves, and as can be seen from Fig. 3, the inner hot gas line 6 runs in a continuous bend, while the compressed air line 5 is interrupted, so that the valve 7 opens freely into the housing 11 .

Das Nebenschlußventil 9 ist in einem kleinen zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet, das zwischen der Außenwand des Gehäu ses 11 und einem inneren Mantel 13 angeordnet ist, der die Biegung der Leitung 6 umgibt. Die Ausführung des Ventils 9 und des Gehäuses 12 geht deutlich aus Fig. 4 hervor. Um die Abmessungen des Ventils 9 und somit des Gehäuses 11 klein zu halten, wird das Ventil 9 in mehrere Ventile aufgeteilt. Die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt zwei diametral zueinander angeordnete Ventile 9. Ebensogut können vier oder mehr solcher Ventile über den Umfang der Leitung 6 verteilt vorgesehen sein. The shunt valve 9 is arranged in a small cylindrical housing 12 which is arranged between the outer wall of the housing 11 and an inner jacket 13 which surrounds the bend of the line 6 . The design of the valve 9 and the housing 12 is clearly shown in FIG. 4. In order to keep the dimensions of the valve 9 and thus of the housing 11 small, the valve 9 is divided into several valves. The embodiment according to FIG. 4 shows two valves 9 arranged diametrically to one another. Four or more such valves can equally well be provided distributed over the circumference of the line 6 .

Fig. 4 zeigt, wie bereits erwähnt, eine etwas andere Aus führung der Ventilkombination, bei der das Gehäuse 11 im we sentlichen in einer Erweiterung der Druckluftleitung 5 be steht, um Platz für die Nebenschlußventile 9 um das Luftab sperrventil 7 zu schaffen. Fig. 4 shows, as already mentioned, a slightly different implementation of the valve combination, in which the housing 11 is essentially in an extension of the compressed air line 5 be to make room for the shunt valves 9 to block the Luftab check valve 7 .

Jedes Ventil 9 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit einer Öffnung 14 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Luftstroms. Das Ventil selbst besteht aus einer Klappe 15, die in einer Zwischenwand 16 des Ventilgehäuses 12 befestigt ist.Each valve 9 consists of a cylindrical housing with an opening 14 on the upstream side of the air flow. The valve itself consists of a flap 15 which is fastened in an intermediate wall 16 of the valve housing 12 .

Außer als Nebenschlußventil bei einem Schnellstopp können eines oder mehrere der Ventile 9 auch als Regelventile die nen, um bei Teillast einen Teil der Druckluft vom Kompressor an der Brennkammer vorbeizuleiten und damit bei konstanter Drehzahl der Turbine die Luft zur Brennkammer im Verhältnis zu einer reduzierten Brennstoffmenge herabzusetzen.In addition to a shunt valve in a quick stop, one or more of the valves 9 can also be used as control valves, in order to bypass part of the compressed air from the compressor past the combustion chamber at partial load and thus reduce the air to the combustion chamber at a constant speed of the turbine in relation to a reduced amount of fuel .

Fig. 4 zeigt ferner Betätigungsorgane 17 und 18 für die Ventile. Fig. 4 also shows actuators 17 and 18 for the valves.

Claims

1. Valve arrangement in a gas turbine system for the secondary circuit between a compressed air line ( 5 ), which leads from a compressor to a fluidized bed combustion chamber, and a hot gas line ( 6 ), which leads from the combustion chamber to the turbine, the hot gas line ( 6 ) and the compressed air line ( 5 ) are formed from two concentric tubes, of which the inner tube forms the hot gas line ( 6 ) and the annular space between the outer and the inner tube forms the compressed air line ( 5 ), characterized in that the outer tube is designed with an extension that a valve housing ( 11 ) bil det that at least one shunt valve ( 9 ) between the two lines ( 5 , 6 ) within this housing ( 11 ) is arranged and that the part of the compressed air line leading from the housing to the combustion chamber within the Housing ( 11 ) can be closed by a shut-off valve ( 7/8 ).

2. Valve arrangement according to claim 1, characterized in that the lines ( 5 , 6 ) when passing through the housing ( 11 ), as known per se, are bent and that the valve ( 7 ) of the compressed air line ( 5 ) in an extension of a leg of the compressed air line ( 5 ) is arranged.

3. Valve arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shunt valve ( 9 ) contains at least one folding valve ( 15 ) which is housed in a corresponding cylindrical connecting tube ( 12 ) which radially between the walls of the two lines ( 5 , 6 ) is attached and which on the one hand is connected to the hot gas line and on the other hand to the part of the compressed air line coming from the compressor.

4. Valve arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the hot-gas line (6) is provided within the housing (11) with an AB-off valve (8) and that the shut-off valves (7, 8) than in the air and gas line known flap valves and are designed such that they have a certain clearance in the closed position, the clearance of the valve ( 8 ) of the gas line ( 6 ) being greater than the clearance of the valve ( 7 ) of the air line ( 5 ) .